3. lecke. Vezérlés, szabályozás, jeladók

iDevice ikon A lecke célja
A jármű főegységek vezérlő és szabályozó elemeinek, jeladóinak megismerése.

iDevice ikon Követelmények
A Hallgató legyen képes
  • felsorolásból kiválasztani a vezérlés és a szabályozás jellemzőit,
  • ábra alapján megnevezni a vezérlés és a szabályozás elemeit,
  • felsorolásból kiválasztani a végrehajtó szerv bemeneti jeleit,
  • felsorolásból kiválasztani a jeladók feladatát,
  • felsorolásból kiválasztani, milyen célokból történik a jeladók jeleinek feldolgozása a járműben.

iDevice ikon Kulcsfogalmak
  • vezérlés
  • szabályozás
  • szabályozó szerv
  • jeladók

iDevice ikon Időszükséglet
A tananyag elsajátításához körülbelül 40 percre lesz szüksége.

iDevice ikon Javaslat

Ismételje át korábbi tanulmányaiból a következőket:

félvezető elemek jellemzői és gyártása,
feszültségosztás fogalma,
indukció jelensége.

iDevice ikon 3.1 Irányítás fogalma
A vezérlést és a szabályozást együttesen irányításnak nevezzük. A két irányítási mód különböző (1. ábra).

 

 

1.ábra. Irányítás felosztása

Tevékenység: fogalmazza meg, mit értünk vezérlésen és szabályozáson, jegyezze meg ezek jellemzőit! Tanulja meg lerajzolni a vezérlés és szabályozás blokkdiagramját!


Vezérlés:

Jellemzője, hogy nyílt hatásláncú folyamat (2. ábra). A vezérelt szakasz kimenetéről nincs visszacsatolás a bemenetre. Tehát a mért értékek alapján a vezérlő elvégez egy beavatkozást. A vezérelt szakaszba bemenő jel a beavatkozó jel, míg a vezérelt szakasz kimenő jele az úgynevezett feladatjel. Tehát a vezérlés ezt befolyásolja. A beavatkozó jelet számítógépes adatfeldolgozással határozzák meg.

 

2.ábra. Vezérlés blokkvázlata gépjárműben


A vezérlés előnye a szabályozással szemben, hogy mindig stabil folyamat. Hátránya, hogy csak azon zavarójelek hatását küszöböli ki, melyek előre ismertek.
Ha például elektronikusan vezéreljük a benzinbefecskendezést, akkor a beavatkozó szerv megváltoztatja a tüzelőanyag áramot. Így a beavatkozó jel a befecskendezett tüzelőanyag mennyisége, feladatjelnek pedig a levegő – tüzelőanyag arány tekinthető.


Mit tekinthetünk ebben az esetben itt zavarójelnek?

Zavarójelek lehetnek például:

motor fordulatszáma,
levegő nyomása,
levegő hőmérséklet,
stb.
Ha ezeket nem ismerjük, akkor a számítógépes információ értékelése nem az optimális megoldást adja. A folyamat blokkvázlatát a.3. ábra mutatja.

 

3. ábra. Benzinbefecskendezés vezérlése.

Szabályozás:

Jellemzője, hogy zárt hatásláncú folyamat, tehát egy visszacsatolás található benne. A szabályozott jelet mérik, és a vezetőjellel összehasonlítva annak megfelelően módosítják. Ezzel elérhető, hogy a zavaró jeleket ellentétben a vezérléssel, nem kell előre ismerni. Tehát a szabályozás minden zavaró jel hatását korrigálja. Blokkvázlata a 4. ábrán látható.

 

4. ábra. A szabályozás blokkvázlata

Tevékenység: Jegyezze meg, mi a végrehajtó szerv feladata, és általában mi a bemeneti jele!

A végrehajtó szerv bemeneti jele általában villamos feszültség vagy áram.
A végrehajtó szerv illesztést valósít meg, azaz a végrehajtó jelet olyan jelhordozóra ülteti, amely alkalmas a beavatkozó szerv működtetéséhez. Például ha a végrehajtó jel villamos feszültség és a beavatkozó jel elmozdulás, akkor a végrehajtó szerv lehet egy húzó erőt kifejtő elektromágnes, vagy villamos motor.
A beavatkozó szerv a folyamathoz illesztett olyan szerkezet, amely alkalmas a szabályozandó berendezés bemenetén lévő jellemző megváltoztatására. A végrehajtó szerv és a beavatkozó szerv egy egységet is alkothat.


Összegezve: a szabályozás előnye, hogy nem kell ismerni előre a zavaró jeleket, hátránya viszont az, hogy helytelen szabályozási folyamat alatt instabil állapotba kerülhet a visszacsatolás miatt.

 


iDevice ikon 3.2 . A jármű főegységek jeladói (autóelektronikai érzékelők áttekintése)

Tevékenység: jegyezze meg, mi a jeladók feladata!

A jeladók feladata (5. ábra) a működést jellemző analóg és diszkrét jelek biztosítása az irányítás számára. Az analóg jelek valamilyen fizikai mennyiség mérésével kapcsolatosak. A diszkrét jelek csak egy bizonyos értékeket vehetnek fel, jellegzetes a „van jel”, „nincs jel” érték kombináció. Ez történhet 1 biten, de lehetséges megoldás a több összetartozó bit együttes alkalmazása, mellyel többállapotú jel reprezentálható.


5. ábra. A szenzor funkciója

Tevékenység: jegyezze meg, milyen célokból történik a jeladók jeleinek feldolgozása!

A jeladók jeleinek feldolgozása azt a célt szolgálja, hogy a motor és erőátviteli rendszerek optimális, maximális hatásfokú és egyúttal minimális környezetszennyezést biztosító munkapontban üzemeljenek. Ugyanakkor lehetővé teszik a nagyobb üzem- és utasbiztonságot. Igyekszenek biztosítani az utasok kényelmét és tájékoztatni a vezetőt.


Milyen követelményeket támasztunk az érzékelőkkel (jeladókkal) szemben?

  • pontosság,
  • stabilitás és megbízhatóság az autó élettartama alatt,
  • stabilitás az üzemi hőmérséklet tartományban,
  • korrózióállóság,
  • ütés és rezgésállóság,
  • gyorsulással szembeni érzéketlenség,
  • vibráció elviselése (50 – 2000 Hz),
  • elektronikája biztosítsa a túlfeszültség, rövidzár, polaritások felcserélése elleni védelmet.
Intelligens szenzornak (6. ábra) vagy integrált szenzornak szokták nevezni a speciális elektronikával ellátott a pontosság követelményeit jobban teljesítő érzékelőket. Ugyanakkor ezzel a megoldással multiszenzor struktúra is kialakítható, mellyel a komplex információkat tömöríteni lehet. A 7.3.6 ábrán látható PROM-ban tárolt korrekciós információk révén történő javítással az intelligens szenzorok képesek a mérési értékeket gyakorlatilag hibamentesre átszámítani.




6. ábra. Intelligens szenzor korrigáló modulja

A gépjárműtechnikában a szenzorok és az úgynevezett aktorok (működtetők) perifériaként funkcionálnak. A szenzorjelek szabványosított formában jutnak a feldolgozóegység bemenetére (pl. ECM, azaz Electronic Control Module /Autók Motorvezérlő Computere/).


Tevékenység: Sorolja fel, milyen fizikai jellemzők használhatók fel a szenzorok alkalmazásában!

Milyen fizikai jellemzők használhatók fel a szenzorok alkalmazásában?

  • Ellenállás változása (rezisztív hatás)
  • fémes és félvezető anyagok hőmérsékletfüggése, pl. NTC levegő és motorhőmérséklet méréseknél,
  • ellenállások hossz és szög arányossága, pl. gázpedál, fojtószelep, tartály szintjelzés,
  • foto-ellenállások (fényfüggés), pl. esőérzékelő, automatikus menetfény bekapcsolás,
  • magnetorezisztív anyagok mágneses tér függése, pl. fordulatszám mérése.
  • Indukció következményei (induktív hatás)
  • elmozdulás mágneses térben, pl. motor-, kerék-, vezérműtengely fordulatszám,
  • induktivitás változása vasmag mozgatásával, pl. szívócső nyomásérzékelő,
  • transzformátoros csatolás változtatása pl. gázpedál helyzetérzékelő.
  • Kapacitív hatás
  • kapacitás fegyverzeteinek távolság vagy felület változtatása, pl. légzsák, nyomásszenzor, perdületszenzor,
  • dielektromos állandó változása, pl. nedvesség-szenzorok, olajminőség, tartályszintjelzés,
  • Villamos feszültséget létrehozó hatás
  • Hall-effektus, pl. gázpedál, gyorsulás (ABS-nél),
  • adagolt cirkónium-oxid kerámia, pl. lambda szondák,
  • termoelem, pl. IR-szenzor.
  • Villamos töltést létrehozó hatás
  • piezoelektromos hatás, pl. légzsák-szenzor, kopogás-szenzor,
  • fotoelektromos töltés keletkezése, pl. képszenzor.
  • Fotoelektromos hatás
  • fotocella, fotodióda, fototranzisztor, pl. automatikus fényszóró bekapcsolás, automatikus fénytompítás, esőérzékelő.
  • Termikus hatás
  • áramlási sebességtől függően villamos ellenállás lehűlése, pl. sűrűség, összetétel változásának mérése, légtömeg mérése.
  • Hullámterjedési hatások
  • fényhullámok visszaverődése - szóródása, pl. esőérzékelő,
  • hanghullámok terjedési ideje, pl. parkolásnál.



Hogyan osztályozhatjuk a szenzorokat?

Tevékenység: Jegyezze meg, hogy az egyes csoportokba milyen szenzorok tartoznak!
A szenzorokat a gépjárműtechnikában több eltérő szempont szerint osztályozhatjuk.

a) Alkalmazás szerinti csoportosítás
  • Funkcionális szenzorok. Vezérlési és szabályozási feladatokhoz rendelhetők (pl. hőmérséklet, nyomás, fordulatszám, stb.)
  • Védelmi szenzorok. Biztonsághoz rendelhető szenzorok (pl. légzsák, ABS, ESP)
  • Információs szenzorok. Járműfelügyeleti szenzorok (pl. fékpofa kopás)
b) Kimeneti jelek szerinti csoportosítás
  • Analóg (vonatkozhat feszültségre, áramra, frekvenciára, impulzusra, stb.)
  • Diszkrét (kétállapotú binárisan kódolt, többállapotú binárisan kódolt)
c) Jelleggörbe típusa szerint
  • Lineáris kapcsolat (7. ábra) a kimeneti jel és a bemeneti jel között a méréstartományban.
7. ábra. Lineáris kapcsolat

  • Nem lineáris kapcsolat (8. ábra) a kimeneti jel és a bemeneti jel között a méréstartományban.
8. ábra. Nemlineáris kapcsolat

  • Hiszterézissel jellemezhető (9. ábra) kapcsolat a kimeneti jel és a bemeneti jel között a méréstartományban.
9. ábra. Nemlineáris kapcsolat

Önellenőrző kérdések
1. Jelölje meg, hogy az alábbi állítások közül melyek igazak a vezérlésre!
Nyílt hatásláncú folyamat.
Egy visszacsatolás található a folyamatban.
Mindig stabil folyamat.
A zavaró jeleket nem kell előre ismerni.
A kimenő jelet mérik, és a vezetőjellel összehasonlítva annak megfelelően módosítják.



iDevice ikon
2. Nevezze meg a vezérlés elemeit az alábbi ábra alapján! Írja be az ábrán látható számot a megfelelő megnevezéshez! (A hat számból ötöt kell beírnia!)

 


Bemeneti egység:
Vezérelt szakasz:
Mért jellemző:
Számítógépes jelfeldolgozás:
Feladatjel (beavatkozó el):
  

iDevice ikon
3. Nevezze meg a szabályozás elemeit az alábbi ábra alapján! Írja be az ábrán látható számot a megfelelő megnevezéshez! (A tizenkét számból hetet kell beírnia!)

 

Jellemző:
Szabályozandó berendezés:
Beavatkozó szerv:
Összehasonlító:
Végrehajtó szerv:
Vezetőjel:
Módosított jellemző:
  

4. Jelölje meg, hogy általában mi lehet a végrehajtó szerv bemeneti jele!
Hőmérsékletváltozás.
Villamos feszültség.
Fényhullám.
Induktív hatás.
Villamos áram.



5. Jelölje meg, mi a jeladók feladata!
A különböző fizikai jelek érzékelése és továbbítása.
Kimeneti digitális vagy analóg jelek előállítása a szabályozás számára.
A működést jellemző diszkrét és analóg jelek biztosítása az irányítás számára.
A „van jel” vagy „nincs jel” állapot előállítása az irányítás számára.



6. Jelölje meg, milyen célokból történik a jeladók jeleinek feldolgozása a járműben!
Annak érdekében, hogy a jármű motorja optimális üzemanyagfogyasztás mellett működjön.
Annak érdekében, hogy a jármű egyes szerkezeti egységei optimálisan üzemeljenek.
Annak érdekében, hogy a lehetővé lehessen tenni a jármű nagyobb utas-és üzembiztonságát.
Annak érdekében, hogy a jármű szerkezeti elemei minél hosszab ideig működjenek meghibásodás nélkül.